Ο δρόμος που ταξίδεψε λιγότερο στην Fusion Energy

Η σύγχρονη αναζήτηση για την πυρκαγιά του Προμηθέα βρίσκεται σε εξέλιξη σε ένα ανώνυμο πάρκο γραφείων στο Foothill Ranch της Καλιφόρνια, μια ώρα νοτιοανατολικά του Λος Άντζελες. Στο πάρκο, σε μια ελικοειδή διαδρομή, θα βρείτε ένα τεράστιο, μοντέρνο κτίριο αποθήκης με την «TAE Technologies» να είναι χαραγμένη στην πόρτα. Στο εσωτερικό, θα βρείτε ένα πείραμα ενέργειας σύντηξης 200 εκατομμυρίων δολαρίων μήκους 100 ποδιών που ονομάζεται Norman. Και σε ένα γραφείο στον δεύτερο όροφο, στον επάνω όροφο από αυτό το διαφαινόμενο μηχάνημα, θα βρείτε τον ίδιο τον επίδοξο Προμηθέα:τον Michl Binderbauer, τον αγορίστικο και αδυσώπητα αισιόδοξο συνιδρυτή και διευθύνοντα σύμβουλο της TAE.

Σε συμφωνία με τα υπόλοιπα κεντρικά γραφεία του ΤΑΕ, το γραφείο του φαίνεται ανταλλακτικό, λειτουργικό και ελαφρώς ημιτελές. Το πιο εντυπωσιακό αντικείμενο που κοσμεί το δωμάτιο είναι ένας μεγάλος πίνακας δίπλα στο γραφείο του, με τα πάνω τρία τέταρτα του να είναι μπλοκαρισμένο με εξισώσεις και ακατέργαστα μηχανικά σκίτσα για αναβαθμισμένες συσκευές σύντηξης. Στο κάτω μέρος, σε μικρή απόσταση από τα μικρά χεράκια, οι επαγγελματικές σημειώσεις δίνουν τη θέση τους σε ένα ιδιότροπο σύνολο σχεδίων που δημιουργήθηκαν από τα δύο μικρά παιδιά του Binderbauer. Στην αρχή φαίνεται σαστισμένος που αυτά τα ανόητα σκαλίσματα, από όλα τα πράγματα, είναι που τραβούν την προσοχή μου. Έπειτα το κυλάει και θυμάται μια πρόσφατη συζήτηση με τον 10χρονο γιο του, ο οποίος μόλις είχε μάθει για την κλιματική αλλαγή στο σχολείο:

«Είναι ένα πρόωρο παιδί. Με ρώτησε:«Είναι σωστό; Είναι αλήθεια αυτό που συμβαίνει;» Του είπα, «Ελπίζω όχι. Αν ο μπαμπάς μπορεί να βοηθήσει, μπορεί να μην συμβεί.» Έτσι τώρα, όταν οι άνθρωποι τον ρωτούν τι κάνω, λέει, «Ο μπαμπάς μου προσπαθεί να σώσει τον πλανήτη».

Όπως πολλά από αυτά που λέει ο Binderbauer, 51, η ιστορία ακούγεται πολύ καλή για να είναι αληθινή και ωστόσο εντελώς ειλικρινής. Όπως το βλέπει, η στρατηγική του για να σώσει τον πλανήτη δεν είναι όνειρο για κανέναν καλό. είναι το απόλυτα λογικό τελικό σημείο μιας απόλυτα ορθολογικής ανάλυσης για την κατάσταση του κόσμου. Η αδιαμφισβήτητη αρχική του πρόταση είναι ότι ο κόσμος χρειάζεται μια αυξανόμενη προσφορά ενέργειας. Μετά ρωτάει, πώς θα το δημιουργήσουμε; Ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο προκαλούν ανατρεπτικές και θανατηφόρες κλιματικές αλλαγές, επομένως τα ορυκτά καύσιμα δεν μπορούν να είναι το μέλλον. Η πυρηνική ενέργεια δεν παράγει άμεσες εκπομπές άνθρακα, αλλά αφήνει πίσω της ραδιενεργά απόβλητα και - αρκετά ή όχι - αντιμετωπίζει σκληρή δημόσια αντίσταση.

Η ηλιακή και η αιολική ενέργεια είναι περιβαλλοντικά αγαπημένα, αλλά η σημαντική επέκτασή τους θα απαιτήσει τεράστιες νέες υποδομές για να είναι διαθέσιμη η καθαρή ηλεκτρική τους ενέργεια όταν και όπου χρειάζεται. «Το να βασίζεσαι αποκλειστικά στον ήλιο και τον άνεμο είναι μια ανόητη ελπίδα, νομίζω», λέει ο Binderbauer. Αρκετές πρόσφατες μελέτες, συμπεριλαμβανομένης μιας σημαντικής τεχνικής ανάλυσης στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences , υποστηρίζει την εκτίμησή του:Απλώς δεν ξέρουμε πώς να φτιάξουμε ένα ηλεκτρικό δίκτυο που να μπορεί να χειριστεί τον ασυνεπή τρόπο που ο ήλιος λάμπει και ο άνεμος. Ακόμα κι αν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας παράγουν το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής μας ενέργειας, πρέπει να συνδυαστούν με τη λεγόμενη αποσπώμενη ισχύ που μπορεί να ενεργοποιηθεί ανά πάσα στιγμή.

Όλες αυτές οι σκέψεις, μαζί, υπονοούν ότι χρειαζόμαστε κάτι εντελώς νέο στο παγκόσμιο ενεργειακό μείγμα. Ο Binderbauer υποστηρίζει ότι το πιο ρεαλιστικό είναι το fusion. Οι φυσικοί γνωρίζουν ότι η συντριβή των ατομικών πυρήνων (τα εξαιρετικά πυκνά κέντρα των ατόμων) και η συγχώνευσή τους μπορεί να απελευθερώσει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, πολύ μεγαλύτερη από ό,τι είναι δυνατόν με την καύση άνθρακα ή φυσικού αερίου, χωρίς ρύπανση από άνθρακα. Έχουν δραματική απόδειξη ότι η διαδικασία λειτουργεί:Η σύντηξη είναι αυτό που τροφοδοτεί τον ήλιο και είναι αυτό που δίνει σε μια βόμβα υδρογόνου ένα εκρηκτικό λάκτισμα. Αλλά μετά από οκτώ δεκαετίες έρευνας, κανείς δεν μπόρεσε να δημιουργήσει μια μηχανή που να μπορεί να κάνει τη σύντηξη ήπια, σταθερά και αρκετά αποτελεσματικά ώστε να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Ο Binderbauer στοχεύει να είναι αυτός που θα σπάσει τον κώδικα. Προβλέπει ότι το TAE θα μπορούσε να μεταβεί από το Norman σε έναν επίδειξη αντιδραστήρα σύντηξης μέσα σε πέντε χρόνια και στη συνέχεια - εάν όλα πάνε καλά - σε ένα πρωτότυπο για μια εμπορική μονάδα παραγωγής ενέργειας σύντηξης άλλα πέντε περίπου χρόνια μετά από αυτό. Το χρονοδιάγραμμά του είναι τουλάχιστον μια δεκαετία ταχύτερο από αυτό των μεγαλύτερων κυβερνητικών προσπαθειών σύντηξης. Μια χούφτα άλλες ιδιωτικές νεοφυείς επιχειρήσεις σύντηξης εμφανίστηκαν πρόσφατα, υποσχόμενοι τα δικά τους γρήγορα μονοπάτια προς τη σύντηξη, αλλά η TAE έχει τη μεγαλύτερη χρηματοδότηση - περισσότερα από 600 εκατομμύρια δολάρια - και, που είναι εδώ μπροστά μου, ο μόνος πλήρως λειτουργικός δοκιμαστικός αντιδραστήρας. Η εταιρεία έχει επίσης το πιο τολμηρό σχέδιο, επιδιώκοντας έναν νέο τύπο αντίδρασης σύντηξης που θα προσλάμβανε υδρογόνο και βόριο (κοινά στοιχεία νερού και απορρυπαντικού πλυντηρίου ρούχων) και θα έβγαζε σχεδόν απεριόριστη καθαρή ενέργεια.

Ακόμη και στον μακρινό κόσμο της ενέργειας σύντηξης, η Binderbauer λειτουργεί στο περιθώριο. Αναγνωρίζει ότι θα μπορούσε να καταλήξει περισσότερο σαν Ίκαρος παρά Προμηθέας, πετώντας πολύ κοντά στον ήλιο και πέφτοντας. Ωστόσο, δεν βλέπει άλλη επιλογή. «Η γενιά μας μπορεί να μείνει στα βιβλία της ιστορίας ως αυτή που κατέστρεψε πραγματικά τον πλανήτη σε τεράστια κλίμακα», λέει. «Ίσως δεν μπορώ να το αλλάξω, αλλά ελπίζω ότι τουλάχιστον μπορώ να καταλήξω στην ίδια παράγραφο του βιβλίου ιστορίας που προσθέτει, «… αλλά υπήρξαν κάποιοι που πραγματικά προσπάθησαν».

Η ανήσυχη προσπάθεια για καλύτερες ιδέες φαίνεται να τρέχει στην οικογένεια Binderbauer. Ο Michl γεννήθηκε στο Σάλτσμπουργκ της Αυστρίας, αλλά ήταν συνεχώς σε κίνηση στην παιδική του ηλικία, καθώς ο πατέρας του συνέχιζε να μετεγκαθίσταται σε όλη την Ευρώπη για να εξερευνήσει νέες επιχειρήσεις. Τελικά έκανε ένα μεγαλύτερο άλμα και εγκαταστάθηκε για ένα χρόνο στο Ντάλας, όπου η φιλοδοξία αμερικανικού τύπου επικράτησε στον εγκέφαλο του 16χρονου Michl. Αυτή η περιπατητική ανατροφή του άφησε μια ακατάλληλη προφορά, μια περίεργη συναρμολόγηση που κατά κάποιο τρόπο κατέληξε σε κάτι που ακούγεται σαν μουσικό δανέζικο λίτ.

Από το Τέξας, ο Binderbauer ξεκίνησε τη δική του περιαγωγή — στο Southern Methodist University, στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Irvine, και σχεδόν στο μεταπτυχιακό στην αστροφυσική στο Johns Hopkins το 1990. Ανέστρεψε την απόφασή του γρήγορα στην πρώτη του επίσκεψη στην πανεπιστημιούπολη, όταν ήταν απογοητευμένος από μια οδήγηση σε κοντινές γειτονιές της Βαλτιμόρης γεμάτες άστεγους και κλειστά κτίρια. Επέστρεψε στο Irvine, αβέβαιος για το τι να κάνει στη συνέχεια, όταν είχε μια μεταμορφωτική συνάντηση με τον Norman Rostoker, τον πρώην καθηγητή του στη φυσική.

Ο Rostoker είχε γοητευτεί από τη δυνατότητα αξιοποίησης της ενέργειας σύντηξης από τις πρώτες ημέρες της έρευνάς του στη δεκαετία του 1950. Τώρα έψαχνε για Ph.D. μαθητή για να τον βοηθήσει επιτέλους να κάνει πράξη αυτή την ιδέα. Ο Binderbauer υπέγραψε και εντρύφησε στην κοσμοθεωρία του μέντορά του. «Περίπου ένα χρόνο μετά, άρχισα πραγματικά να εκτιμώ τη βασική ιδέα, τι θα μπορούσε να κάνει το fusion για την ανθρωπότητα», λέει. "Αλλά πιο σημαντικό, άρχισα να καταλαβαίνω τι δεν θα λειτουργούσε και γιατί οι διαθέσιμες έννοιες ήταν λανθασμένες."

Από τότε, η ζωή του Binderbauer καθοδηγείται από αυτές τις δίδυμες προσηλώσεις:Ο κόσμος χρειάζεται σύντηξη και ο κόσμος χρειάζεται επίσης έναν καλύτερο τρόπο για να το πραγματοποιήσει.

Η ανάγκη για σύντηξη ήταν αρκετά σαφής ακόμη και το 1990. Οι επιστήμονες είχαν ήδη συγκεντρώσει άφθονα στοιχεία ότι το διοξείδιο του άνθρακα από τα ορυκτά καύσιμα διαταράσσει το κλίμα της Γης. Ταυτόχρονα, το κοινό συναίσθημα στις Ηνωμένες Πολιτείες είχε γίνει έντονα εχθρικό προς τους πυρηνικούς αντιδραστήρες από το ατύχημα του Three Mile Island το 1979. Η καταστροφική έκρηξη του σοβιετικού αντιδραστήρα του Τσερνομπίλ το 1986 εδραίωσε μια ευρέως διαδεδομένη άποψη ότι η πυρηνική ενέργεια δεν είναι ασφαλής. Υπήρχε επίσης το θέμα της καυτής πατάτας σχετικά με το πού να τοποθετήσετε το αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο, το οποίο παραμένει εξαιρετικά ραδιενεργό. Το 1987, το Κογκρέσο των ΗΠΑ όρισε το όρος Yucca στη Νεβάδα ως το μελλοντικό χώρο αποθήκευσης πυρηνικών αποβλήτων της χώρας. Οι κάτοικοι της Νεβάδα διαμαρτυρήθηκαν αμέσως και η πολιτεία υπέβαλε μήνυση για να μπλοκάρει το σχέδιο. Τρεις δεκαετίες αργότερα, ο ιστότοπος δεν έχει ακόμη ανοίξει.

Σε έντονη αντίθεση με την πυρηνική ενέργεια, η σύντηξη φαίνεται εντελώς καλοήθης. «Δεν έχει το πυρηνικό αποτύπωμα, δεν έχει τη ροή αποβλήτων και δεν μπορεί να έχει κατάρρευση ή πτώση», σημειώνει ο Binderbauer. Το πρόβλημα είναι ότι η σύντηξη είναι πολύ πιο δύσκολο να επιτευχθεί από τις αντιδράσεις σχάσης που τροφοδοτούν έναν πυρηνικό αντιδραστήρα—γι' αυτό και η πυρηνική ενέργεια είναι πραγματικότητα σήμερα, ενώ η σύντηξη παραμένει υπόσχεση για το αύριο.

Για να θέσετε σε λειτουργία έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, το μόνο που χρειάζεστε είναι ένα απόθεμα ραδιενεργού καυσίμου. Εάν συγκεντρώσετε ένα σωρό καθαρού ουρανίου, θα αρχίσει να παράγει θερμότητα από μόνο του. η μεγαλύτερη πρόκληση είναι να το αποτρέψετε από το να παράγει πολύ θερμότητα και να λιώσει. Για να πραγματοποιηθεί η σύντηξη, από την άλλη πλευρά, χρειάζεστε ένα έντονο ξεκίνημα:Πρέπει να συγκρούσετε ζεύγη ατομικών πυρήνων τόσο δυνατά ώστε να κολλήσουν μεταξύ τους, απελευθερώνοντας μέρος της λανθάνουσας ενέργειάς τους. Ο ήλιος δέχεται αυτές τις συγκρούσεις με την τεράστια βαρυτική του πίεση. Μια βόμβα υδρογόνου κάνει τη δουλειά σπάζοντας τους πυρήνες με μια ατομική έκρηξη.

Η δημιουργία της σύντηξης με σταθερό, ελεγχόμενο τρόπο εδώ στη Γη περιλαμβάνει έναν φαινομενικά αντιφατικό συνδυασμό λιχουδιάς και βαρβαρότητας. Απαιτεί ένα ειδικό είδος αντιδραστήρα που μπορεί να θερμάνει πυρήνες σε εκατομμύρια βαθμούς ενώ τους περιέχει, έτσι ώστε να μην πετάξουν χώρια πριν έχουν την ευκαιρία να συγκρουστούν. Με άλλα λόγια, πρέπει να βάλετε πολλή ενέργεια σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης πριν μπορέσετε να βγάλετε οποιαδήποτε ενέργεια. Πολλά πειράματα έχουν επιτύχει τώρα να πυροδοτήσουν αντιδράσεις σύντηξης, αλλά κανένα από αυτά δεν κατάφερε να βγάλει περισσότερη ενέργεια από την ποσότητα που εισέρχεται, το κρίσιμο σημείο καμπής που είναι γνωστό ως νεκρό σημείο.

Ωστόσο, οι ερευνητές σύντηξης έχουν κάνει μεγάλη πρόοδο στο να βρουν πώς να φτάσουν εκεί. Συγκεκριμένα, έχουν μηδενίσει την πιο πολλά υποσχόμενη πυρηνική αντίδραση για την επίτευξη του νεκρού σημείου. Η ευνοούμενη αντίδραση χρησιμοποιεί δύο βαριές εκδοχές υδρογόνου, γνωστές ως δευτέριο και τρίτιο. Και οι δυο τους έχουν θετικά φορτία, κάτι που συνήθως τους αναγκάζει να απωθούνται μεταξύ τους. Αλλά αν τα θερμαίνετε σε θερμοκρασίες γύρω στους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, περιστασιακά θα έρχονται τόσο κοντά μεταξύ τους που η έλξη μικρής εμβέλειας της ισχυρής πυρηνικής δύναμης κατακλύζει τα μακράς εμβέλειας αποτελέσματα της απώθησης, προκαλώντας τη σύντηξή τους.

Οι ερευνητές εξέτασαν τη σύντηξη δευτερίου-τριτίου επειδή είναι μια από τις πιο εύκολες αντιδράσεις που προκαλούνται. Όταν το δευτέριο συνδυάζεται με το τρίτιο, απελευθερώνουν επίσης πολλή ενέργεια:Ένα κιλό δευτερίου περιέχει την ενέργεια που ισοδυναμεί με 29 εκατομμύρια κιλά άνθρακα. Επιπλέον, προσθέτοντας στην ελκυστικότητα αυτής της προσέγγισης, και οι δύο τύποι πυρήνων είναι εύκολα αποκτήσιμοι. Το δευτέριο μπορεί να εξαχθεί από συνηθισμένο νερό. Το τρίτιο μπορεί να παραχθεί με ακτινοβόληση λιθίου, μια απλή εργαστηριακή διαδικασία.

Σχεδόν κάθε σημαντικό πείραμα σύντηξης από τη δεκαετία του 1970 έχει σχεδιαστεί με γνώμονα τη σύντηξη δευτερίου-τριτίου. Στη νότια Γαλλία, μια διεθνής κοινοπραξία κατασκευάζει επί του παρόντος ένα μεγαθήριο 25 δισεκατομμυρίων δολαρίων που ονομάζεται ITER (πρώην Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας), ο οποίος πρόκειται να γίνει ο μεγαλύτερος σταθμός σύντηξης στον κόσμο όταν ολοκληρωθεί το 2025. Θα λειτουργεί με δευτέριο-τρίτιο . Ιδιωτικές νεοφυείς επιχειρήσεις όπως η Commonwealth Fusion Systems στο Cambridge της Μασαχουσέτης και η General Fusion στο Burnaby του Καναδά, υιοθετούν διαφορετικές τεχνολογικές προσεγγίσεις για τη σύντηξη, αλλά επίσης σχεδιάζουν μηχανές που θα λειτουργούν με δευτέριο και τρίτιο. Η επιλογή του καυσίμου είναι το μόνο πράγμα στο οποίο μπορεί να συμφωνήσει ολόκληρος ο κόσμος της σύντηξης.

Λοιπόν, σχεδόν. Η επιλογή του καυσίμου βρίσκεται στο επίκεντρο της ρήξης του Binderbauer με την mainstream κοινότητα της σύντηξης.

Ο απώτερος στόχος έργων σύντηξης όπως το ITER και το Joint European Torus στο Oxfordshire της Αγγλίας, που είναι σήμερα το μεγαλύτερο επιχειρησιακό εργοστάσιο σύντηξης, είναι να συλλάβουν την τεράστια ενέργεια που απελευθερώνεται από τη συγχώνευση δευτερίου και τριτίου και να την αξιοποιήσουν στην πράξη. Τα φυτά θα μετατρέψουν την ακατέργαστη ενέργεια σύντηξης σε θερμότητα, στη συνέχεια θα χρησιμοποιούσαν τη θερμότητα για να βράσουν νερό, να περιστρέψουν μια τουρμπίνα και τελικά να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να φωτίσει το σπίτι σας και να φορτίσει το τηλέφωνό σας. Η αντίδραση σύντηξης είναι τόσο καυτή που κανένα φυσικό αντικείμενο δεν μπορεί να την περιέχει. Αντίθετα, οι ερευνητές συγκρατούν το καύσιμο στη θέση του χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία - συνήθως μια διαμόρφωση πεδίου σε σχήμα ντόνατ που ονομάζεται tokamak. Οι μαγνήτες μόνοι αντιπροσωπεύουν μεγάλο μέρος του τεράστιου όγκου μιας μονάδας σύντηξης όπως το ITER.

Αλλά η πραγματική δράση σε ένα φυτό δευτερίου-τριτίου, όπως ισχύει για όλη την ενέργεια σύντηξης, λαμβάνει χώρα σε ατομική κλίμακα. Ο πυρήνας του κανονικού υδρογόνου είναι μόνο ένα πρωτόνιο. Το δευτέριο είναι ένα πρωτόνιο συνδεδεμένο με ένα νετρόνιο, τον ηλεκτρικά ουδέτερο ξάδερφο ενός πρωτονίου. (Η προσθήκη ενός νετρονίου σε ένα στοιχείο το κάνει πιο μαζικό, αλλά δεν αλλάζει τη χημική του ταυτότητα.) Το τρίτιο είναι ένα πρωτόνιο συνδεδεμένο με δύο νετρόνια. Όταν το δευτέριο συντήκεται με το τρίτιο, το τελικό προϊόν είναι το ήλιο -δύο πρωτόνια συνδεδεμένα με δύο νετρόνια- συν ένα εφεδρικό νετρόνιο, το οποίο πετάει με μεγάλη ταχύτητα. Οι πυρήνες του δευτερίου και του τριτίου φέρουν και οι δύο ηλεκτρικό φορτίο, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να συγκρατηθούν στη θέση τους με μαγνητικά πεδία. Τα νετρόνια δεν προσφέρουν τέτοια μέσα ελέγχου. Είναι σαν τις γάτες:Κάνουν ό,τι θέλουν.

Τα νετρόνια μεταφέρουν έως και το 80 τοις εκατό της ενέργειας στα φυτά δευτερίου-τριτίου, επομένως τα φυτά θα σχεδιαστούν για να συλλαμβάνουν τα νετρόνια και να απορροφούν την ενέργειά τους σε ένα περιβάλλον στερεό ή υγρό κάλυμμα. Μερικά νετρόνια, ωστόσο, μπορούν να διαφύγουν, αποσπώντας ενέργεια. Αυτά τα αδέσποτα μπορούν να ενσωματωθούν σε περιβάλλοντα μέρη του αντιδραστήρα, μετατρέποντας τα υλικά εύθραυστα και ραδιενεργά.

Οι υποστηρικτές της σύντηξης δευτερίου-τριτίου βλέπουν αυτή τη «ροή νετρονίων» ως ένα εξαιρετικά επιλύσιμο τεχνικό ζήτημα, ένα θέμα που γνώριζαν εδώ και δεκαετίες. «Δεν έχουμε τα κατάλληλα υλικά αυτή τη στιγμή. Θα χρειαστεί να δοκιμαστούν και να επικυρωθούν, και είναι μακρύς ο δρόμος, αλλά εργαζόμαστε πάνω τους», λέει ο Tony Donné, διευθυντής προγράμματος για το EUROfusion, μια ερευνητική κοινοπραξία που υποστηρίζει το ITER. Αυτά τα βελτιστοποιημένα υλικά θα επιτρέψουν στον ITER να λειτουργεί για 15 χρόνια προτού χρειαστεί συντήρηση που σχετίζεται με τα νετρόνια, αναμένει. Ο Bob Mumgaard, Διευθύνων Σύμβουλος της Commomwealth Fusion Systems, θεωρεί τη ροή νετρονίων ως μέρος της φθοράς ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης - μια πτυχή ρουτίνας του κύκλου συντήρησης, που συμβαίνει ίσως μία ή δύο φορές το χρόνο. «Μπορούμε να απλοποιήσουμε τα εσωτερικά εξαρτήματα, να αναπτύξουμε σενάρια συντήρησης», λέει. "Έχουμε ένα τέτοιο σχέδιο ουσιαστικά σε εφαρμογή."

Ο Rostoker θεώρησε τη ροή νετρονίων ως δυνητικό αναστολέα επίδειξης. Η ποσότητα ραδιενέργειας που δημιουργείται μέσα σε ένα εργοστάσιο δευτερίου-τριτίου θα ήταν μικρότερη από αυτή που παράγεται από ένα πυρηνικό εργοστάσιο, σημειώνει ο Binderbauer, αλλά θα μπορούσε να είναι αρκετή για να παρουσιάσει ακανθώδη οικονομικά, πολιτικά και ρυθμιστικά ζητήματα. Σε ένα email, ο Mumgaard επισημαίνει, «Το επίπεδο ραδιενέργειας που παράγεται από τα νετρόνια είναι χαμηλό, συγκρίσιμο με μια εγκατάσταση ιατρικών δοκιμών. Ο χρόνος ημιζωής των υλικών που ενεργοποιούνται από τα νετρόνια είναι χιλιάδες φορές χαμηλότερος από τα ραδιενεργά απόβλητα από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα σχάσης."

Ο Binderbauer έχει άλλη μια ανησυχία για τη σύντηξη δευτερίου-τριτίου. Το τρίτιο είναι ραδιενεργό, σημειώνει, με χρόνο ημιζωής μόλις 12,3 χρόνια, που σημαίνει ότι πρέπει να αντιμετωπίζεται και να παρακολουθείται με την ίδια προσοχή όπως κάθε άλλο ραδιενεργό υλικό. Είναι επίσης χημικά πανομοιότυπο με το ελαφρύ υδρογόνο που βρίσκεται στο συνηθισμένο νερό. «Αν μπει στα υπόγεια νερά και πιείτε ένα ποτήρι νερό με τρίτιο μέσα, έχετε μια ωρολογιακή βόμβα 12 ετών να χτυπά μέσα σας», λέει ο Binderbauer. (Ένα ενημερωτικό δελτίο από το EUROfusion σημειώνει ότι "το τρίτιο αποτελεί σοβαρή απειλή για τον άνθρωπο εάν αντικαταστήσει το υδρογόνο στα βιολογικά μας συστήματα.") Οι εγκαταστάσεις πυρηνικών όπλων έχουν αναπτύξει λεπτομερείς διαδικασίες για το χειρισμό του τριτίου, το οποίο είναι ενθαρρυντικό ή ανησυχητικό, ανάλογα με την άποψή σας.

«Ελπίζω ότι αυτό δεν είναι πολύ αρνητικό», προσθέτει ο Binderbauer μη πειστικά. Η απόρριψη της κυρίαρχης προσέγγισης του fusion ήταν αναπόσπαστο κομμάτι της διαμορφωτικής του δουλειάς με τον Rostoker και όλα όσα ακολούθησαν από αυτήν.

Το πρώτο βήμα στην αναζήτηση του Rostoker και του Binderbauer είχε μια αντίδραση σύντηξης που θα μπορούσε να αντικαταστήσει το δευτέριο-τρίτιο. Το 1994, μετά από ζύγιση των επιλογών και διαβούλευση με τον συνάδελφό τους Hendrik Monkhorst στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, οι δυο τους εντόπισαν μια πολύ πιο εύλογη επιλογή:μια αντίδραση σύντηξης μεταξύ ενός πρωτονίου (πυρήνας υδρογόνου) και του στοιχείου βορίου. Το τελικό προϊόν της ένωσής τους είναι τρεις πυρήνες ηλίου, με μόνο ένα ίχνος πυρηνικών υποπροϊόντων. Η σύντηξη πρωτονίου-βορίου εξαλείφει περισσότερο από το 99 τοις εκατό των νετρονίων που παράγονται από το δευτέριο και το τρίτιο (αν και αυτό εξακολουθεί να αφήνει αρκετή ροή νετρονίων για να απαιτείται προσεκτική θωράκιση). Όσο για τα ίδια τα καύσιμα, είναι περίπου τόσο αβλαβή όσο θα μπορούσατε να ελπίζετε. Το βόριο εξορύσσεται ως ο κοινός ορυκτός βόρακας και χρησιμοποιείται ευρέως σε οικοδομικά υλικά, γυαλί και απορρυπαντικά. Το υδρογόνο είναι το κυρίαρχο στοιχείο σε κάθε ποτήρι νερό.

«Δεν θα έλεγα ότι ερωτευτήκαμε, ακριβώς, αλλά πειστήκαμε ότι θα μπορούσαμε πραγματικά να το κάνουμε να λειτουργήσει», λέει ο Binderbauer. «Τώρα δεν έχεις σχεδόν καθόλου νετρόνια και έχεις άφθονο επίγειο καύσιμο. Δεν υπάρχει είσοδος ή έξοδος ραδιενέργειας στην πρωτογενή αντίδραση. Το ήλιο που βγαίνει είναι εντελώς αβλαβές. Ήταν ένα όμορφο πράγμα.”

Το λιγότερο όμορφο πράγμα ήταν να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πώς να γίνει η σύντηξη πρωτονίου-βορίου στην πραγματικότητα. Η ανάφλεξη της σύντηξης πρωτονίου-βορίου απαιτεί θερμοκρασίες περίπου 3 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, περίπου 30 φορές υψηλότερες από τη σύντηξη δευτερίου-τριτίου. Κανείς δεν είχε ακόμη καταλάβει πώς να κερδίσει ενέργεια χρησιμοποιώντας την ευκολότερη αντίδραση. Το να προχωρήσουμε σε ένα ακόμη πιο δύσκολο πρόβλημα θα ήταν τρέλα, κατάλαβε ο Binderbauer, εκτός αν μπορούσε να βρει μια νέα, πιο αποτελεσματική τεχνολογική προσέγγιση. «Δεν μπορούσαμε να κοιτάξουμε μέσα στο κουτί των ήδη διαθέσιμων ιδεών γιατί όλοι ήταν ανάπηροι», λέει. Το tokamak είναι η καλύτερα μελετημένη προσέγγιση για την πραγματοποίηση της σύντηξης, αλλά είναι ανεπαρκής για τις ακραίες απαιτήσεις της σύντηξης πρωτονίου-βορίου.

Για να ανταποκριθούν σε αυτές τις απαιτήσεις, ο Binderbauer και ο Rostoker ανέπτυξαν ένα ριζικά διαφορετικό σχέδιο για έναν αντιδραστήρα σύντηξης, που μοιάζει πολύ περισσότερο με ένα πείραμα φυσικής σωματιδίων από ένα tokamak. Αντί για μαγνητικό ντόνατ, θα χρησιμοποιούσαν ένα σωλήνα. Αντί να προσπαθούν να κρατήσουν το καύσιμο από το εξωτερικό, θα το περιέστρεφαν έτσι ώστε να δημιουργήσει το δικό του μαγνητικό πεδίο από μέσα - μια «αντεστραμμένη διαμόρφωση πεδίου» στη γλώσσα της επιχείρησης. Και για να ξεκινήσει η διαδικασία, θα συνέτριβαν δέσμες πρωτονίων και πυρήνων βορίου, όπως κάνουν οι φυσικοί σε τεράστιες εγκαταστάσεις επιταχυντών σωματιδίων όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων.

Το προφανές επόμενο βήμα ήταν να ξεκινήσει η κατασκευή συσκευών που θα μπορούσαν να δοκιμάσουν αυτές τις ιδέες. «Είχαμε εξαντλήσει ό,τι μπορούσαμε να κάνουμε στο φτηνό. Θέλαμε να υποκινήσουμε τη λήψη ομοσπονδιακής υποστήριξης», λέει ο Binderbauer. Έτσι, το 1997, αυτός, ο Rostoker και ο Monkhorst έγραψαν μια εργασία που περιέγραψε τα ευρήματά τους και κατάφεραν να την κάνουν αποδεκτή από την Science .

Ήθελε να προκαλέσει σάλο και τα κατάφερε κάπως καλά. Επιστήμη κατακλύστηκε από επικριτικά γράμματα. «Ήμασταν αφελείς όταν πιστεύαμε ότι οι άνθρωποι θα έλεγαν:«Εδώ είναι οι ελλείψεις του τοκαμάκ, εδώ είναι μια έξυπνη εναλλακτική, εδώ μια μηχανή που μπορεί να κάνει μια αντίδραση μη νετρονίων», θυμάται ο Binderbauer, κουνώντας το κεφάλι του. τον νεότερο εαυτό του. «Δεν περιμέναμε την καταιγίδα που ακολούθησε. Ήταν συντριπτικό και τρομακτικό.”

Κρίνοντας από τις επιστολές, ορισμένοι από τους κριτικούς είτε δεν κατάλαβαν την εφημερίδα είτε δεν ήθελαν να πιστέψουν τα συμπεράσματά της. Μεγάλο μέρος της οργής, συνειδητοποιεί τώρα ο Μπιντερμπάουερ, προήλθε από συναδέλφους που ένιωθαν ότι η σταδιοδρομία τους ήταν στο όριο, και όχι χωρίς δικαιολογία. Η Επιστήμη Το χαρτί κυκλοφόρησε τη στιγμή που το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ περιόριζε την έρευνα για τη σύντηξη. Το τελευταίο πράγμα που ήθελαν να δουν οι άνθρωποι στον τομέα ήταν κάποιοι αρχάριοι να διεκδικούν λίγη από αυτή τη σπάνια χρηματοδότηση και να υπονοούν ότι οι τυπικές προσεγγίσεις για τη σύντηξη μπορεί να είναι αδιέξοδο.

Ο Binderbauer είχε ήδη απομακρυνθεί από όλες τις εργασίες φυσικής και μηχανικής που υποστηρίζουν τη σύντηξη δευτερίου-τριτίου. Τώρα συνειδητοποίησε ότι θα έπρεπε να φύγει από τις κρατικές δαπάνες που υποστήριζαν την έρευνα σύντηξης από τη δεκαετία του 1950. «Εδώ είναι που νηφάλιασαμε», λέει. «Είπα στον Νόρμαν, «Κοίτα, δεν πρόκειται να πάρουμε ομοσπονδιακά δολάρια. Γιατί δεν δοκιμάζουμε ιδιωτικά;»

Μέχρι εκείνο το σημείο, υπήρχε μόνο μία αξιοσημείωτη ιδιωτική επένδυση στην ενέργεια σύντηξης. Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, Ρετιρέ Ο ιδρυτής του περιοδικού Μπομπ Γκουτσιόνε βύθισε 17 εκατομμύρια δολάρια σε ένα έργο για την κατασκευή μιας μικροσκοπικής μηχανής σύντηξης που οι ύπουλοι επιστήμονες ονόμασαν το Porno-mak. «Δεν είμαστε λοιπόν οι μόνοι τρελοί που το δοκιμάζουμε», απάντησε ξερά ο Ρόστοκερ.

Με λίγα να χάσουν, αυτός και ο Binderbauer πήραν το βήμα και ενσωματώθηκαν - πρώτα ως Colliding Beam Fusion Reactor, Inc., αργότερα ως Tri-Alpha Energy και τελικά ως TAE. Οι πρώτες προσπάθειές τους προσέλκυσαν μια ασυνήθιστη συμμαχία υποστηρικτών, συμπεριλαμβανομένου του νομπελίστα Glenn Seaborg και του ηθοποιού Harry Hamlin, πιο γνωστό ως ο «πιο σέξι άνδρας εν ζωή» ηθοποιός από το L.A. Νόμος . Αφού μια προτεινόμενη επένδυση 15 εκατομμυρίων δολαρίων από την Texaco απέτυχε την 11η ώρα, κατάφεραν να κερδίσουν μόνο περίπου 1 εκατομμύριο δολάρια, πολύ λίγα για να ξεκινήσουν ένα ερευνητικό εργαστήριο σύντηξης. Μείωσαν δραστικά τις φιλοδοξίες τους και ξεκίνησαν να κατασκευάσουν ένα μικρό πείραμα με απόδειξη της ιδέας που ονομάζεται «σωλήνας αποχέτευσης». Κατασκευάστηκε από, ναι, σωλήνα αποχέτευσης, τυλιγμένο με μαγνήτες και ηλεκτρονικά που έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργήσουν την επιθυμητή διαμόρφωση αντίστροφη στο πεδίο.

Όσο κι αν φαίνεται, το πείραμα του αγωγού αποχέτευσης παρήγαγε ακριβώς το είδος του μαγνητικού πεδίου που υποτίθεται ότι είχε, την πρώτη απτή απόδειξη ότι ο Binderbauer δεν ήταν τρελός. Εκτίθεται ακόμη στο ΤΑΕ. Εάν η εταιρεία πετύχει, μπορεί να τη θυμόμαστε ως το σύμβολο της σύντηξης πρωτονίου-βορίου.

Μόλις η TAE μπόρεσε να αποδείξει ότι είχε μια βιώσιμη ιδέα και μια ομάδα που ήξερε πώς να την εκτελέσει, περισσότεροι επενδυτές άρχισαν να υπογράφουν - ανάμεσά τους ο αείμνηστος Paul Allen, συνιδρυτής της Microsoft. Αυτή η χρηματοδότηση επέτρεψε στην εταιρεία να δημιουργήσει μια κατάλληλη βάση δοκιμών για έναν αντιδραστήρα σύντηξης με αντιστροφή πεδίου, που ονομάζεται C-2. Από εκεί, το C-2 επεκτάθηκε σε ένα μεγαλύτερο μηχάνημα που ονομάζεται C-2U, το οποίο με τη σειρά του εξελίχθηκε στο σημερινό τέρας ενός πειράματος του TAE, το C-2W.

Μετά την ολοκλήρωση του C-2W το 2017, ο Binderbauer το μετονόμασε σε "Norman" προς τιμή του Rostoker, ο οποίος πέθανε την ημέρα των Χριστουγέννων του 2014. Ο Norman ολοκλήρωσε πρόσφατα τους πρωταρχικούς ερευνητικούς του στόχους, συμπεριλαμβανομένης της επίτευξης θερμοκρασιών πάνω από 30 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και της διατήρησης του πλάσματος σταθερό για 30 χιλιοστά του δευτερολέπτου—αρκετά ζεστό και αρκετά μεγάλο ώστε να επιβεβαιωθεί ότι όλα λειτουργούν όπως αναμένεται. Το πιο σημαντικό, ο Norman επικυρώνει τη θεωρία ότι ένας αντιδραστήρας με αντιστροφή πεδίου μπορεί να κλιμακωθεί, φτάνοντας σε συνθήκες πέρα ​​από αυτό που είναι δυνατό σε ένα tokamak. Σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, τα tokamaks μπορεί να έχουν διαρροή και να είναι δύσκολο να συντηρηθούν. μια διαμόρφωση που αντιστρέφεται πεδίου θα πρέπει να γίνει πιο σταθερή. Η TAE στοιχηματίζει ότι η θεωρία θα ισχύει μέχρι τα 3 δισεκατομμύρια μοίρες που απαιτούνται για τη σύντηξη πρωτονίου-βορίου.

Πολλοί άλλοι στην κοινότητα του fusion δεν το βλέπουν αυτό ως ένα έξυπνο στοίχημα. Ο Donné του EUROfusion, ο οποίος έχει περάσει μια καριέρα δουλεύοντας με tokamaks, θαυμάζει τις μεγάλες φιλοδοξίες της TAE, αλλά είναι επιφυλακτικός σχετικά με την εξάρτηση της εταιρείας από τη φυσική και τη μηχανική που δεν έχουν ακόμη αποδειχθεί. «Πρέπει να πάρεις τάξεις μεγέθους υψηλότερες σε θερμοκρασία. Εάν ακολουθήσετε αυτή την κατεύθυνση στη σύντηξη, θα προσθέσετε μισό αιώνα στο χρονοδιάγραμμα», προβλέπει.

Εδώ και 20 χρόνια, η ομάδα TAE έχει επανειλημμένα προετοιμαστεί για αποτυχία, αλλά στη συνέχεια κατάφερε να ξεπεράσει ένα άλλο φαινομενικά αδιάβατο εμπόδιο της φυσικής, λέει ο Artem Smirnov, επικεφαλής τεχνολογίας του TAE - το ντόρο γιανγκ στο χαρούμενο γιν του Binderbauer. Λίγοι άνθρωποι πίστευαν ότι το αρχικό πείραμα σωλήνων αποχέτευσης θα λειτουργούσε. Λίγοι άνθρωποι πίστευαν ότι ένας αντιδραστήρας με αντιστροφή πεδίου όπως ο Norman θα μπορούσε να επιτύχει σταθερή θερμότητα 30 εκατομμυρίων βαθμών. «Αλλά με κάθε βήμα που κάνουμε, υπάρχει νέα αβεβαιότητα», παραδέχεται ο Smirnov. «Τι γίνεται αν ο νόμος της κλιμάκωσης αποτύχει κάπου στην πορεία; Δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι μέχρι να φτάσουμε εκεί."

Το επόμενο βήμα σε αυτό το ταξίδι είναι ο αντιδραστήρας Copernicus των 200 εκατομμυρίων δολαρίων, που προορίζεται να φτάσει σε θερμοκρασίες γύρω στους 100 εκατομμύρια βαθμούς. Η TAE πραγματοποιεί επί του παρόντος αγορές ακινήτων στην Όραντζ Κάουντι, με στόχο να ανοίξει το έδαφος φέτος και να ξεκινήσει τις δοκιμές το 2023. Το Copernicus θα πρέπει να είναι αρκετά ισχυρό για να πυροδοτήσει τη σύντηξη δευτερίου-τριτίου, αλλά δεν είναι αυτή η δουλειά του. Ο πραγματικός σκοπός του είναι να εντοπίσει εκείνες τις άγνωστες περιοχές της φυσικής υψηλής θερμοκρασίας. Εάν η άποψη της TAE για τον σχεδιασμό του αντιδραστήρα με αντιστροφή πεδίου συνεχίσει να αποδίδει όπως αναμενόταν, τότε ο Binderbauer θα κάνει all-in στο μεγαλύτερο στοίχημά του από όλα:έναν αντιδραστήρα σύντηξης «δύο δισεκατομμυρίων δολαρίων» πρωτονίου-βορίου που ονομάζεται Da Vinci. Επιτέλους, θα πρέπει να φτάσει τους μαγικούς 3 δισεκατομμύρια μοίρες, να διατηρήσει σταθερό ένα καύσιμο πρωτονίου-βορίου και να παράγει μια υγιή παραγωγή ενέργειας σύντηξης.

Το Da Vinci προορίζεται να σηματοδοτήσει τη μετάβαση της TAE από τα πρωτότυπα σύντηξης στην εμπορική ενέργεια σύντηξης. Δεν θα τροφοδοτεί το σπίτι κανενός, αλλά θα σχεδιαστεί με γνώμονα την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τη μαζική παραγωγή. Από εκεί και πέρα, η ΤΑΕ θα βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε εταιρείες όπως η General Electric που έχουν βαθιά εμπειρία στο σχεδιασμό και την κατασκευή σταθμών παραγωγής ενέργειας. «Πιο σημαντικό από τα χρήματα είναι η υποστήριξη σε βιομηχανική κλίμακα», λέει ο Binderbauer. «Δεν κατασκευάζεις μόνο ένα μηχάνημα. Σκέφτεστε όλα τα επόμενα μηχανήματα και θα πρέπει να κατασκευάζονται από τον βιομηχανικό τομέα, όχι από την ΤΑΕ."

Ο οδικός χάρτης του Binderbauer για το ενεργειακό μέλλον των παιδιών του μοιάζει με αυτό:Ο πρώτος εμπορικής σχεδίασης αντιδραστήρας σύντηξης ξεκινά τη λειτουργία του στις αρχές της δεκαετίας του 2030. Μέσα στα επόμενα 10 έως 15 χρόνια, η σύντηξη καταλαμβάνει ένα μικρό ποσοστό της παγκόσμιας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Οι εταιρείες ξεκινούν γραμμές παραγωγής για να εκκινήσουν αρθρωτούς αντιδραστήρες σύντηξης. Οι κυβερνήσεις ενδέχεται να παρέχουν κίνητρα για ενέργεια χωρίς άνθρακα, είτε υπό μορφή φόρων είτε επιδοτήσεων, επιταχύνοντας την ανάπτυξη της νέας βιομηχανίας. Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια συνεχίζουν να επεκτείνονται, αλλά η σύντηξη επεκτείνεται επίσης, εξισορροπώντας τις. «Στο δεύτερο μισό του αιώνα, η σύντηξη θα καταλάμβανε ένα μεγάλο μέρος της αγοράς, ίσως το κυρίαρχο τμήμα; Δεν θα εκπλαγώ», λέει ο Binderbauer.

Αυτό θα ήταν μια εντυπωσιακή επικύρωση του αρχικού οράματος της Rostoker, ακόμα κι αν η TAE δεν καταλήξει να είναι η εταιρεία που θα φέρει την πρακτική ενέργεια σύντηξης στην αγορά. Η αποφασιστικότητα του Rostoker να ακολουθήσει μια αντισυμβατική επιστημονική προσέγγιση, ακολουθούμενη από την απόφασή του με τον Binderbauer να βασιστεί στην ιδιωτική χρηματοδότηση, είχαν ήδη ένα τεράστιο κυματιστικό αποτέλεσμα. Υπάρχουν τώρα περισσότερες από δώδεκα startups που επιδιώκουν σχέδια fusion. «Μερικές φορές στη ζωή, τα curveballs έρχονται στο δρόμο σου και απλά χρειάζεται να έχεις αρκετή διαισθητική αίσθηση για να τα καταλάβεις», λέει ο Binderbauer. "Η συνεργασία με τον Norman ήταν η καλύτερη απόφαση που πήρα ποτέ."

Εξακολουθεί να εμπνέεται, επίσης, από μια από τις τελευταίες αλληλεπιδράσεις του με τον Rostoker. Το φθινόπωρο του 2014, ο Binderbauer παρέδωσε μια παρουσίαση ενέργειας σύντηξης σε ένα κατάμεστο αμφιθέατρο σε μια συνάντηση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας—μια γλυκιά δικαίωση μετά το καθεστώς παρίας του στα τέλη της δεκαετίας του 1990—και θέλησε να μοιραστεί τα καλά νέα με τον μέντορά του. Μέχρι εκείνη τη στιγμή, ο Rostoker βρισκόταν σε προχωρημένα στάδια άνοιας και δεν ήταν σε θέση να επεξεργαστεί την ιστορία ή να αναγνωρίσει τον φίλο του. Ακόμα κι έτσι, μπορούσε να έχει πρόσβαση σε αρκετή μνήμη για να δείξει μια φωτογραφία με πλαίσιο στον τοίχο, που δείχνει το προσωπικό του TAE συγκεντρωμένο γύρω από τον αντιδραστήρα C-2. Ο Μπιντερμπάουερ θυμάται έντονα τη στιγμή. «Ξέρεις τι είναι αυτό;» με ρώτησε. Και είπα, «Όχι, πες μου Norman, τι είναι;» Μου είπε, «Αυτή είναι η TAE, αυτή είναι η εταιρεία που ξεκίνησα και διευθύνει ένας από τους καλύτερους μαθητές μου. Θα πάμε στην απόσταση. Θα κάνουμε οικονομικά επιτυχημένη συγχώνευση. Και θα αλλάξει τον κόσμο».

Ο Μπιντερμπάουερ με κοιτάζει με ένα αδιαφανές μείγμα αλληλεπικαλυπτόμενων συναισθημάτων. «Είναι μια από τις πιο θλιβερές ιστορίες, αλλά και μια πραγματικά όμορφη ιστορία. Είναι ο θρίαμβος μιας ιδέας."

Ο Corey S. Powell απολαμβάνει να εξερευνά τις εξωτερικές δυνατότητες της φυσικής και της αστρονομίας. Γράφει το blog Out There και συνδιοργανώνει το podcast Science Rules. @coreyspowell

Εικόνα επικεφαλής:Ευγενική προσφορά της TAE Technologies